Теоретические основы процесса поперечного пиления.

    При поперечной распиловке наблюдается сложное резание, при котором передние поверхности А_j инструмента (рисунок 2.1) производят поперечное сдвигание слоев древесины, перерезанных в торец боковыми режущими кромками К.

    Боковые кромки зубьев пилы с углом косой заточки j > 0 работают как лезвие ножа. Если на поверхности заготовки сделать легкие надрезы пилой поперек слоев древесины, то можно заметить, что лезвия зубьев с косой заточкой оставят два параллельных углубления – царапины (рисунок 2.2)

    По мере пиления зубья все глубже будут входить в древесину, делая боковые надрезы главными боковыми кромками. Скошенные передние поверхности давят с силой Р₁ (сила Р₁ достигает максимального значения, обеспечивающего сдвиг элемента 1, при углублении зубьев в древесину до 0,8 мм) на среднюю часть древесины (рисунок 2.2), скалывая ее то вправо, то влево вдоль волокон по пере углубления зубьев в древесину, создавая хрупкую стружку, рассыпающуюся в опилки и формируя дно пропила 2. Это определяет следующие требования к профилю зубьев: боковая главная кромка должна перерезать волокна прежде, чем в контакт с ними вступит передняя поверхность. Для этого главную боковую режущую кромку выдвигают вперед относительно вспомогательной короткой режущей кромки за счет нулевого или отрицательного контурного угла ( g £ 0 ). Боковые режущие кромки должны иметь положительный передний угол за счет косой заточки зубьев по передней и задней поверхностям (j > 0).

    При установке пилы на пильный вал (вал электродвигателя) необходимо выполнять соответствие диаметра шайбы диаметру пильного диска, которое описывается следующим уравнением:

                   ,                                      (1)

где d_ш – диаметр шайбы, мм;

   D - диаметр пилы, мм.

Рисунок 2.1- Зубья пилы для поперечного пиления

Рисунок 2.2- Траектория движения зубьев пилы

Для выполнения силовых расчетов процесса необходимо знать скорость движения подачи,Vs, м/мин, которая определяется по формуле:

                               V_s = В_з/ Т,                                      (2)

где В_з – ширина распиливаемой доски, м;

  Т - средняя продолжительность пропила, мин.

    Подача на зуб, Sz, мм, определяется по формуле:

                      S_z = (1000 ^. V_s)/(z ^. n) ,                            (3)

где z - число зубьев пилы, шт;

  n - частота вращения пильного диска, мин^-1,

    Скорость резания, V, м/с, равна

                            V = (π ^.D ^. n)/(60 ^. 1000) ,                        (4)

где D – диаметр пильного диска по вершинам зубьев, мм.    

    Ширина пропила В_пр (рисунок 2.2) определяется по одному неполному пропилу доски при помощи штангенциркуля, а затем подсчитывается величина развода зубьев, b₁, мм, по формуле:

                                     b₁ = ( В_пр- В)/2 ,                            (5)

где В_пр- ширина пропила, мм;

   В – толщина пилы, мм.

Угол контакта зубьев пилы j_к (град) с древесиной (рисунок 2.3) определяется по формуле:

             j_к = arcsin [(C¹+t)/R] –arcsin C¹/R ,            (6)

где С¹ – расстояние от центра пилы до верхней поверхности заготовки, мм;

     С » 2-3 мм – величина углубления пилы в прорезь стола;

      t - толщина доски, мм;

      R - радиус пильного диска (по вершинам зубьев), мм.

    Число одновременно режущих зубьев, z_реж, шт:

                         z_реж =(p ^.D ^.j_к)/(360 ^. t_з) ,                    (7)

где t_з – шаг зубьев пилы, мм;

    j_к – угол контакта, град.

                              t_з = (pD)/z .                                  (8)

Длина срезаемого слоя (длина дуги контакта) определяется по формуле:

                               l = (pD j_к)/360⁰ .                                            (9)

        Средняя толщина стружки, а_ср, мм, (рисунок 2.4):

                           а_ср = (S_z ^. t)/l .                            (10)

Рисунок 2.3 – Схема пиления

Рисунок 2.4 – Срезаемый слой (стружка)

Средняя касательная сила на зубе, Р_{х ср}, Н:

Р _{х ср} = К ^.В_пр ^. а_ср ,                      (11)

где К – удельная сила резания, Н/мм²:

                             К = К_т ^. а_п ^. a_r ,                                     (12)

где К_т – табличное значение удельной силы резания, Н/мм² , (см.таблицу 2.1);

  а_n – поправочный коэффициент на породу (таблица 2.2);

  а_r - поправочный коэффициент на затупление зубьев резца пилы в

         зависимости от времени работы пилы после заточки (таблица 2.3).

    Средняя окружная касательная сила:

                                  Р_{х окр} = Р_{х ср} ^. z_реж                                       (13)

        Мощность резания, N, кВт:

         N_рез = (Р_{х окр} ^.V)/1000 = К ^.В_пр ^. t ^.V_s / 1000 ^. 60,           (14)

где V – скорость главного движения резания, м/с.

    Коэффициент К может быть представлен в качестве номинальной работы резания в Дж, затрачиваемой на превращение 1 см³ древесины в стружку. В формуле (14) значение В_пр. ^. t ^. V_s = О_с, где О_с – секундный объем древесины, превращенной в стружку, см³/с.

    Произведение (К ^. О_с) есть работа, затраченная в течение одной секунды, Дж/с = 1 Вт.       

                                                                                                                                                                   Таблица 2.1 - Табличное значение удельной силы резания

Таблица 2.2 - Поправочный коэффициент на породу а_n

Таблица 2.3 - Поправочный коэффициент на затупление зубьев а_r

Порядок выполнения работы

Работа выполняется на торцовочном станке ЦПА-2 в следующей последовательности:

а) Изучить теоретическую часть работы, изложенную в лекциях и настоящих методических указаниях.

б) С участием преподавателя или учебного мастера ознакомиться с конструкцией зубьев пил для поперечной распиловки, особенностями крепления пилы на валу.

в) Заполнить журнал измерений и расчетов (технические данные станка из паспортных данных), параметры пилы и заготовок – измерением штангенциркулем, угломером и микрометром.

г) Произвести осмотр обрабатываемых заготовок на наличие трещин, сколов, несросшихся сучков.

д) Проверить настройку суппорта по высоте (для сквозного распила заготовки вращающаяся пила при рабочем ходе суппорта должна входить на 10-20 мм в прорезь стола).

е) С разрешения и под руководством преподавателя приступить к распиливанию заготовок, при этом фиксировать время распила секундомером.

ж) Произвести несколько резов (один вначале несквозной – для измерения ширины пропила), после чего выполнить соответствующие измерения.

з) Результаты измерений необходимо систематизировать в журнале результатов измерений и расчетов (таблица 2.4).

и) По результатам замеров произвести расчет необходимых параметров процесса поперечного пиления, сделать соответствующие выводы и оформить отчет по прилагаемой в конце работы форме.

Таблица 2.4 - Журнал результатов измерений и расчетов

Контрольные вопросы

Лабораторная работа № 3